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第3节 胚胎工程
第1课时 胚胎工程的理论基础
高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程
本节聚焦：
胚胎形成经过了哪些过程？
受精和早期胚胎发育的基本过程是怎样的？
良种荷斯坦奶牛
可以通过体外受精、胚胎分割等技术获得多个良种奶牛的胚胎，然后移植给代孕母牛生下后代。
从社会中来
你能想出什么方法来扩大良种荷斯坦奶牛种群的数量呢
培育克隆牛可以达到快速繁育的目的。如果繁育成功，这样的种群在遗传多样性上与自然种群有何区别
要想获得在遗传多样性上具有更大优势的后代，你能想出其他繁育方法吗
阅读教材“从社会中来”了解我国在奶牛生产中存在的问题，思考以下问题：
“克隆”属于无性生殖，后代的遗传多样性低。
克隆技术、体外受精
一
1.概念：
指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理,然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求
操作对象
目的
2.常用技术：
3.操作水平：
主要集中在细胞水平上
哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律
在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件
进行的模拟操作。
4.工程实质:
5.理论基础:
体外受精、 胚胎移植、 胚胎分割等
一、胚胎工程的概念
1
受精
2
胚胎早期发育
二、 胚胎工程的理论基础
（一）受精
1.概念:
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
体现细胞膜的功能：
体现细胞膜的结构特点：
2.场所:
在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内
3.过程:
进行细胞间信息交流
具有一定的流动性
二、 胚胎工程的理论基础
准备阶段Ⅰ:精子获能
准备阶段Ⅱ:卵子的准备
哺乳动物的输卵管内。
受精前的准备阶段
受精阶段
精子的结构
头
颈
线粒体鞘
顶体
尾
变形
（高尔基体）
（中心体）
资料1：精细胞变形为精子的过程中：精子的头部几乎只保留了细胞核；部分细胞质变成了精子的颈部和尾部；大部分细胞质及多数细胞器被丢弃；全部线粒体被保留下来，并主要集中在尾的基部。你怎样解释这一现象
细胞核
高尔基体
细胞质
线粒体
细胞核是遗传物质储存的场所，决定后代的遗传特性，它参与受精过程。
线粒体是精子进行有氧呼吸的主要场所，为精子的生存和运动提供能量。
哺乳动物的精子在离开雄性生殖道时，尚不具备受精的能力，必须在雌性生殖道内进行某种生理上的准备，发生一系列的生理变化后，才能获得受精能力，此现象称为精子获能。
上述事实说明什么？
【资料2】张明觉，美籍华人、生殖生物学家，被科学界誉为“试管婴儿之父”和“避孕药之父”。1951年张教授在做兔的体外受精实验时发现:
放入的精子 卵子受精的情况
附睾取出 未受精
刚排出的精子 未受精
母兔生殖道内取出 受精
4.受精前的准备阶段
（1）准备阶段Ⅰ: 精子获能
①精子获能的原因：
（不是获得能量）
刚刚排出的精子不能立即与卵子受精
③精子获能的方法：
a.直接利用雌性动物生殖道使精子获能。
b.将精子培养在人工配制的获能液中使其获能等。
获能液的成分因动物种类不同而有差异，常见的有效成分有肝素、Ca2+载体等。
②精子获能的实质：
获得受精能力
④研究意义:
实现了各种哺乳动物在体外条件下的获能，为体外受精技术的建立奠定了基础。
卵原细胞
初级卵母细胞
第一极体
第二极体
第二极体
第二极体
间期
减Ⅰ
减Ⅱ
退化消失
卵细胞
次级卵母细胞
分裂过程不连续，有两次暂停
①胚胎在性别分化后：
②青春期（初情期）：
③精卵细胞的结合：
继续分裂，形成次级卵母细胞时被排出卵泡，在输卵管发育至MⅡ期停止
完成减数第二次分裂
开始减数第一次分裂，
形成初级卵母细胞
卵子成熟场所
知识回顾
（2）准备阶段2——卵子的准备
（2）准备阶段2——卵子的准备
动物排出的卵子成熟程度不同
有的可能是________________，如马、犬等。
有的可能是________________，如猪、羊等。
初级卵母细胞
次级卵母细胞
②卵子的成熟
MⅡ期
若卵子处于MⅡ时期，没有精子与其受精会如何？
那么MⅡ后面的减数分裂将没有办法进行，之后会被排出体外。
卵原细胞
初级卵母细胞
次级卵母细胞
具备受精能力的卵子结构
透明带
卵细胞膜
核
(纺锤体—染色体复合物)
第一极体
①准备的原因：
输卵管
成熟场所：
成熟时期：
精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带
精子释放的多种酶溶解
精子接触卵细胞膜
透明带反应
触及卵细胞膜瞬间，透明带迅速发生生理反应，阻止后来的精子进入透明带
精子入卵
①精子形成雄原核
②卵子完成减Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核
卵细胞膜反应
精子入卵后，卵细胞膜立即发生生理反应，拒绝其他精子再进入卵内
精子入卵尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜
防止多精入卵的两个屏障
5.受精阶段
（1）过程
雌、雄原核靠近，核膜消失。形成受精卵开始发育。
受精的标志 ：
两个极体
雌雄原核
雌雄原核形成合子
①精子形成雄原核
②卵子完成减Ⅱ，排出第二极体，形成雌原核
受精完成的标志：
观察到两个极体或雌雄原核
5.受精阶段
（1）过程
（2）防止多精入卵的意义
保证受精卵中遗传物质与亲代体细胞一致，从而保证遗传的稳定性。
受精卵的核基因是精子和卵子各占一半，受精卵的质基因几乎全部来自卵子。
（二）胚胎早期发育
1、场所：输卵管、子宫2、过程：（二）胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚卵裂期在透明带内进行分裂，细胞数量不断增加，胚胎总体积不增加，这种受精卵的早期分裂称为卵裂。卵裂期分裂方式：项目变化细胞数目胚胎的总体积每个细胞体积DNA总量每个细胞内的DNA总量有机物总量增加减小增多不变减少不增加有丝分裂02（二）胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚桑葚胚桑葚胚特点：每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，属于全能细胞。02细胞数目达到32个，排列紧密，形似桑葚。（二）胚胎早期发育受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑葚胚囊胚原肠胚囊胚特点：结构：细胞开始分化内细胞团滋养层细胞囊胚腔——发育成胎儿的各种组织——发育成胎膜和胎盘内细胞团囊胚腔滋养层囊胚透明带孵化：囊胚进一步扩大会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫做孵化。孵化非常重要，如果不能正常孵化，胚胎就无法继续发育。02（二）胚胎早期发育已发生细胞分化细胞未分化，具有全能性，胚胎干细胞主要来源——内含液体受精卵2细胞胚4细胞胚8细胞胚桑椹胚囊胚原肠胚原肠胚逐渐分化形成各种组织、器官等表面的细胞层向内迁移的细胞内外两个胚层之间中胚层：外胚层：内胚层：原肠胚——出现胚层分化（二）胚胎早期发育囊胚腔
外胚层
内胚层
中胚层
原肠腔
表皮及其附属结构
神经系统和感觉器官
循环系统
脊索
真皮
消化道上皮
呼吸道上皮
腺体
肌肉
内脏器官外膜
泌尿系统
生殖系统
各种组织器官系统
个体
(4)原肠胚
幼体
继续分化
出生发育
性成熟个体
孵化
卵裂期
胚胎发育
受精卵
2细胞胚
4细胞胚
8细胞胚
桑葚胚
囊胚
原肠胚
全能细胞
细胞分化
胚后发育
个体发育
（二）胚胎早期发育
内细胞团
滋养层
囊胚腔
内胚层
中胚层
外胚层
1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？
马的胚胎进入子宫时，发育程度最高，它处于囊胚阶段
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
动物种类 受精卵发育的时间/h 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
思考·讨论 不同动物受精卵发育的比较
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
动物种类 受精卵发育的时间/h 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
2.将体外培养的小鼠胚胎移植到母鼠子宫时，应选择至少发育到什么阶段的？如果换成牛又该怎样处理？
小鼠应选择至少发育到桑葚胚阶段的胚胎进行移植，牛在自然情况下，胚胎虽然最早可在8-16细胞阶段进入子宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率，在实践中通常发育到囊胚阶段的胚胎进行移植。
注：马牛为排卵后时间，其他动物为交配后时间
动物种类 受精卵发育的时间/h 进入子宫时受精卵的发育天数和发育阶段 2细胞 4细胞 8细胞 16细胞 桑葚胚 天 发育阶段
小鼠 24~38 38~50 50~60 60~70 68~80 3 桑葚胚
绵羊 36~38 42 48 67~72 96 3~4 16细胞
猪 21~51 51~66 66~72 90~110 110~114 2~2.5 4~6细胞
马 24 30~36 50~60 72 98~106 6 囊胚
牛 27~42 44~65 46~90 96~120 120~144 4~5 8~16细胞
3.为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的而研究，会为胚胎工程提供理论基础？
人们正是在认识自然受精和早期胚胎发育的规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟，精子能在体外完成获能，获能的精子和培养成熟的卵子能在试管中完成受精，获得的受精卵能在人工培养条件下继续发育等
课堂小结
胚胎工程的理论基础
受精
胚胎早期发育
场所
输卵管和子宫
过程
桑葚胚
胎儿形成
囊胚
（内含囊胚腔）
原肠胚
（内含原肠腔）
受精卵
概念
场所
过程
准备阶段
精子获能
卵子的准备
受精阶段
精卵接触
精子入卵
原核形成
合子形成
知识拓展
四 、背景资料


(一)精子获能现象的发现及其意义
1951年，美籍华人生殖生物学家张明觉和澳大利亚生物学家奥斯汀(C.R.Austin) 在研究
哺乳动物体外受精时，分别发现兔和大鼠刚刚排出的精子或由附睾取出的精子，都不能立即与卵 子受精，必须在雌性生殖道内停留一段时间后才具备受精能力。这一现象说明，哺乳动物的精子 在离开雄性生殖道时，尚不具备受精的能力，必须在雌性生殖道内进行某种生理上的准备，发生 一系列的生理变化后，才能获得受精能力，此现象称为精子获能。精子获能现象的发现为哺乳动 物体外受精奠定了理论基础，使科学家很快弄清了精子获能的机制，并且找到了使精子在体外获 能的物质，实现了多种哺乳动物精子在体外条件下的获能。
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
知识拓展
精子获能的机理是什么？
知识拓展
知识拓展
精子获能的机理是什么？
知识拓展
知识拓展
精子获能的机理是什么？
知识拓展
精子获能的机理是什么？
知识拓展
知识拓展
卵泡在卵巢内是如何发育的？
知识拓展
卵泡在卵巢内是如何发育的？
知识拓展
卵泡在卵巢内是如何发育的？
知识拓展
知识拓展
什么是透明带？
有何作用？
知识拓展
精、卵是如何相互识别和相互激活的？
知识拓展
哺乳动物受精过程精子的尾部会进入卵细胞吗？
知识拓展

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